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基于独轮式智能机器人设计研究

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年6月作者：翟妤宁赵华陈泳伊

[导读] 随着新型冠状病毒的爆发，许多行业日益走向破产重整的边缘状态，甚至影响到快递行业的收送，因为每一次派送都可能造成人员聚集、病毒传递等情况

沈阳航空航天大学设计艺术学院翟妤宁赵华陈泳伊 110136

摘要：随着新型冠状病毒的爆发，许多行业日益走向破产重整的边缘状态，甚至影响到快递行业的收送，因为每一次派送都可能造成人员聚集、病毒传递等情况。在这样的背景下，智能服务型机器人从快递行业及物流领域脱颖而出，以快递行业为角度，独轮式智能机器人在技术上采用蓝牙雷达定位、超声、红外传感器作为避障传感器，人脸识别系统、APP预约等功能，结构上以其独有的适合狭小空间作业的优势，更大程度上优化了物流快递在不方便人员接触及封城封区的情况下能够按时送达货物。
关键词：智能快递；机器人；导航跟踪；人脸识别；APP操作；
        1 引言
       现如今，我们已经进入到了一个运输以及交通负荷严重的时代，道路堵、出门难、停车难、网购商品买入容易到手难等问题，已经成为现代人生活的困扰之一。在疫情不能出门购物的情况下网购成为了购物首选，物流业快递分拣和运输问题受到了很大的关注，如何及时解决问题并能合理改善成了人们的期待。
        本文的设计是基于独轮电动平衡车为基础，利用自身平衡的原理进行外形功能以及技术上的进一步设计，并结合物联网以及互联网的应用，添加链接手机APP的功能。功能的设计将大大增加用户年龄段的跨度，可以通过手机APP预约智能机器人，设定行驶路线，当接收货物时可以通过前方摄像功能查看货物，确认后，机器人会按照预定的行驶路线进行配送服务。当查收货物时，机器人会通过人脸识别系统确认是否是下单客户，完成服务。
        2技术分析
        独轮式智能机器人主要由姿态传感器、智能芯片、避障传感器构成的控制器、电机带动的执行器来实现平衡。当使用者发出运行信号也就是身体倾斜的动作时，姿态传感器将会输出相应的姿态信息，同时控制器在接收到这个信息之后，会对电机发出相应的方向命令，姿态传感器通过一定的频率持续地测量车子的姿态，同时将姿态信息输出至控制器，之后控制器将不断地调整电机的转动方向和转速，从而达到一个动态的平衡。
对于技术方面而言，电力驱动、自我平衡无疑是电动独轮的主要优势。首先，对于电力驱动，以电力这样的清洁能源作为驱动力，相对于传统能源而言，可以做到零污染、零排放，这也大大迎合了当代人对于绿色环保的要求。其次，以独轮机器人为基础进行演变，有效利用电动独轮平衡车在自我平衡方面有着强大的优势，仅仅依靠用户的远程控制、自身身体控制便可进行操作，通过用户身体转向从而调整车前行方向的原理，也大大解放了使用者的双手，使得采用电动独轮平衡车的出行更加灵活轻松。电动独轮平衡车还依靠双电机驱动，采用陀螺仪与驱动电路控制平衡。用户除了无人操控使用时，只需将身体前倾便可使其运作，运行速度则取决于身体的倾斜程度来控制，加速时身体向前倾，反之，减速时身体则向后倾，重心的掌握是关键。
        3 产品设计应用
        自从智能机器人出现之后，在军用、民用、教学领域上都发挥了一定的作用。在今年新冠疫情爆发之时，“无人”操控的理念更是走进了人们的视野，首先获得关注的便是自动驾驶与无人配送机器人，由于独轮设计可以更好地应用在狭小空间作业，这是独轮机器人的一次完美运用，电动独轮平衡车不再仅是作为代步工具存在，而是成为解决特殊时期特殊问题的方法，无接触、零风险的优势在此次疫情期间发挥到淋漓尽致。随着疫情“响应级别”调低，企业、学校逐步恢复正常的生产教学活动，电动车、共享单车、平衡车等逐渐取代公交、地铁等公共交通工具成了许多人在短途通勤路上的首选，更加独立健康的方式为疫情期间的交通行程提供了安全保障。随着服务型智能机器人的需求量逐渐增多，基于平衡车式的机器人设计，既能满足人们日常的代步工具及休闲娱乐，又能在无人状态下，按照规定的路线，进行配送取货等，在民用及教学研究上都有一定的应用前景。
应用方面不得不提的是物联网的UI界面设计，APP的正确合理是操控操作的重要环节之一。界面大概将功能大概分为设备信息、远程遥控方向、导航识路、物流跟踪定位提醒、及时避障与实时监控跟踪的功能。
        界面功能大概分为以下几点：
        1.设备信息是实时监控设备运行中的配速、电池以及轮胎的状态，方便及时充电修整；
        2.远程控制方向是脱离踏板无人机状态下可以控制方向和重心的远程调控的功能；
        3.导航识路是无论是用户驾驶还是无人驾驶状态，都可以通过可视化摄像头进行蓝牙定位并择优路线导航识路，手机界面和语言播放同时进行。
        4.物流跟踪定位提醒是给他人派送物品是到达用户标记的目的地是发起的定位提醒，方便派送人给接受人及时发送快件物流信息。及时避障与实时监控跟踪是可以通过超声和红外传感器进行自身的避障，实时监控跟踪是可以在卡住的状态下进行人工远程操作避障的功能。

4结论
独轮式智能机器人作为出行以及智能运输的智能产品，在环保、便捷、灵活、自由、多功能等方面都符合当前疫情局势以及大多数人群的需求。智能机器人提供了更加安全的非接触式配送服务，具有自主导航行驶、智能避障避堵、人脸识别取货能力等功能。在未来的物流快递行业融入运输机器人理念与技术，将大大提高社会效率，节约社会人力资源，具有十分显著的实际意义，智能机器人的应用前景与未来十分光明。
参考文献
[1]宁海萍，冯灵清，刘琪芳，等．以机器人大赛为契机的农业院校工科专业实践创新模式索［J］．河北农业大学学报( 农林教育版) ，2017
[2]王启源.独轮自平衡机器人建模与控制研究［D］.北京：北京工业大学，2011
作者介绍：
1.翟妤宁，2000.02.13，性别：女，汉族，籍贯：山西省原平县，学生，学历：本科专业：产品设计
2.赵华，1983.07.18，性别：女，汉族，籍贯：辽宁锦州市，讲师，学历：硕士，研究方向：产品设计
3.陈泳伊，2000.09.27性别：女，汉族，籍贯：辽宁省绥中市，学生，学历：本科专业：产品设计
项目来源：辽宁省大学生创新创业训练计划项目（X202010143183）